TK6916重型落地銑鏜床熱特性優(yōu)化與熱誤差補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、隨著“中國(guó)制造2025”制造業(yè)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的提出，重型數(shù)控機(jī)床作為高端裝備制造業(yè)中非常重要的工作母機(jī)，其加工精度的保持與提升亦日益受到重視。重型機(jī)床由于具有行程大、加工工件大和重載荷等特點(diǎn)，因而極易受內(nèi)、外部熱源的影響而產(chǎn)生熱誤差，如何有效減小重型機(jī)床的熱誤差已成為亟待解決的行業(yè)難題。本文以齊齊哈爾第二機(jī)床廠所研制的TK6916重型數(shù)控落地鏜床為研究對(duì)象，針對(duì)“TK6916重型落地銑鏜床熱特性優(yōu)化與熱誤差補(bǔ)償技術(shù)研究”課題而展開，一方面采用

2、有限元分析法對(duì)機(jī)床關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行熱特性分析、優(yōu)化相關(guān)結(jié)構(gòu)從而對(duì)產(chǎn)生的熱變形進(jìn)行有效防止；另一方面開發(fā)了適用于該類型機(jī)床的熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償控制系統(tǒng)。通過開展熱誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了熱誤差補(bǔ)償模型具有較強(qiáng)的魯棒性和預(yù)測(cè)精度。論文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　1、在分析TK6916重型落地銑鏜床熱源和邊界條件的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式確定理論模型的熱源大小和對(duì)流散熱系數(shù)大小，建立了機(jī)床關(guān)鍵系統(tǒng)的有限元模型并對(duì)其溫度場(chǎng)和熱變形場(chǎng)進(jìn)行了分析，得出

3、影響機(jī)床熱誤差的熱敏感區(qū)域及主軸熱變形量；采用多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)冷卻套結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了機(jī)床主軸的熱態(tài)特性。
　　2、根據(jù)機(jī)床溫度點(diǎn)優(yōu)化選取的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)理論，采用模糊聚類分組和全局尋優(yōu)的方法選取熱誤差建模輸入變量，使溫度點(diǎn)由18個(gè)減少到了4個(gè)；在利用激光跟蹤儀進(jìn)行熱誤差檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，首次提出基于煙花算法優(yōu)化最小二乘支持向量機(jī)模型（FA-LSSVM）的建模方法，分析該建模方法與多種建模方法的預(yù)測(cè)效果，得出該模

4、型預(yù)測(cè)精度更高。
　　3、在分析研究機(jī)床熱誤差補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合西門子840D數(shù)控系統(tǒng)特性設(shè)計(jì)出相應(yīng)的熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)，并開發(fā)了基于STM32F4的誤差補(bǔ)償器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)接。
　　4、開展了不同工況下機(jī)床的熱特性實(shí)驗(yàn)，分析得出機(jī)床關(guān)鍵點(diǎn)溫升與主軸熱變形規(guī)律；依據(jù)上述理論分析進(jìn)行熱誤差建模，并完成了TK6916機(jī)床熱誤差模型驗(yàn)證和補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，機(jī)床主軸熱漂移補(bǔ)償效果顯著。為熱誤差補(bǔ)